CN111216813A - 赛车尾翼及赛车 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种赛车尾翼及赛车，属于空气动力学技术领域，包括主翼板、侧翼板、圆柱体以及驱动机构，主翼板包括第一弧形曲面、第二弧形曲面和平滑连接在所述第一弧形面和所述第二弧形面前端的过渡弧面，第一弧形曲面的曲率小于所述第二弧形曲面的曲率，主翼板的前端设有上下均具有开缝的旋转腔；侧翼板对称设置于所述主翼板的左右两端；圆柱体设置于旋转腔内，圆柱体的中心线与旋转腔的中心线重合，圆柱体的上下弧面经过相应的开缝凸出对应的第一弧形面和第二弧形面；驱动机构与圆柱体连接，用于驱动所述圆柱体旋转。本发明提供的赛车尾翼，能够提高车轮抓地效果，提高推进系统的有效功。

Description

赛车尾翼及赛车

技术领域

本发明属于空气动力学技术领域，更具体地说，是涉及一种赛车尾翼及赛车。

背景技术

尾翼在车辆尤其是赛车领域的应用是不可或缺的。传统的尾翼和扰流板通常是通过翼型设计，即通过结构的截面设计，使通过尾翼上下两侧的风速不同而产生伯努利效应，减小车辆行驶过程中产生的上升力，但是在当今的技术条件下，推进系统已经不是制约车辆速度进一步提高的因素。事实上由于车辆高速行驶过程中产生的上升力，导致车轮无法有效的抓地，导致受到的地面摩擦效果很差，推进系统有效做功很少，加大尾翼和扰流板可以增加车辆的抓地效果，但是与此同时也会增加车辆整体的质量，同样也会限制车辆的速度上限。

发明内容

本发明的目的在于提供一种赛车尾翼，旨在解决现有车辆高速行驶过程中，车轮抓地效果差、推进系统有效做功少的问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：提供一种赛车尾翼，包括：主翼板、侧翼板、圆柱体以及驱动机构，主翼板包括处于上方的第一弧形曲面、位于下方的第二弧形曲面和平滑连接在所述第一弧形面和所述第二弧形面前端的过渡弧面，所述第一弧形曲面的曲率小于所述第二弧形曲面的曲率，所述第一弧形曲面和所述第二弧形曲面向相反的方向凸起，所述第一弧形曲面和所述第二弧形曲面的末端相接形成翼尖，所述主翼板的前端设有上下均具有开缝的旋转腔，所述旋转腔的中心线与用于安装的赛车行驶的方向垂直；侧翼板对称设置于所述主翼板的左右两端；圆柱体设置于所述旋转腔内，所述圆柱体的中心线与所述旋转腔的中心线重合，所述圆柱体的上下弧面经过相应的所述开缝凸出对应的所述第一弧形面和所述第二弧形面；驱动机构与所述圆柱体连接，用于驱动所述圆柱体旋转，并使所述圆柱体下弧面的切向速度与流经所述第二弧形面的风速方向相同，所述圆柱体上弧面的切向速度与流经所述第一弧形面的风速方向相反。

作为本申请另一实施例，所述圆柱体为中空结构。

作为本申请另一实施例，所述圆柱体的厚度为1-2mm。

作为本申请另一实施例，所述圆柱体的直径为d，所述圆柱体凸出对应的所述第一弧形面和所述第二弧形面的弦高之和等于直径d的1/3-1/5。

作为本申请另一实施例，所述驱动机构为齿轮传动，包括：驱动电机、从动轴、从动齿轮、主动轴和主动齿轮，从动轴与所述圆柱体固定连接，所述从动轴的中心线与所述圆柱体的中心线重合；从动齿轮配装于所述从动轴上；主动轴与所述驱动电机的主轴固定连接；主动齿轮安装于所述主动轴上，且与所述从动齿轮啮合。

作为本申请另一实施例，所述从动齿轮和所述主动齿轮均为直齿轮，且所述从动轴和所述主动轴平行。

作为本申请另一实施例，所述从动齿轮和所述主动齿轮均为直齿轮，且所述从动轴和所述主动轴垂直。

作为本申请另一实施例，所述从动齿轮和所述主动齿轮均为锥齿轮，且所述从动轴和所述主动轴垂直。

作为本申请另一实施例，所述侧翼板横截面的外轮廓形状与所述主翼板横截面的外轮廓形状相同，所述侧翼板的外形尺寸大于所述主翼板的外形尺寸，其中，横截面为以赛车的前后方向为切面，切割所述侧翼板和所述主翼板形成的平面。

本发明另一目的在于提供一种赛车，所述赛车的尾部安装有所述的赛车尾翼。

本发明提供的赛车尾翼的有益效果在于：与现有技术相比，本发明赛车尾翼，通过主翼板上方的第一弧形面的曲率小于下方的第二弧形面的曲率，主翼板上方的路径小于主翼板下面的路径，流经主翼板的第一弧形面的流速小于流经主翼板的第二弧形面的流速，在尾翼的前端设置圆柱体，通过驱动机构驱动圆柱体旋转，并使圆柱体下弧面的切向速度与流经下方第二弧形面的流速方向相同，从而增加流经下方第二弧形面的风速，而同时，圆柱体上弧面的切向速度与流经上方第一弧形面的流速方向相反，减小了流经下方的第二弧形面的风速，进而增加尾翼上下方的流速差，根据伯努利方程，尾翼上方会受到向下的压强，这种压强作用在尾翼上，对尾翼产生一个向下的力，进而增大赛车的抓地效果，保证推进系统有效的做功，提高车辆行驶的可靠性。

本发明提供的赛车，通过调节圆柱体的旋转方向和旋转速度，对尾翼产生向下的力，即可调整赛车的抓地效果，保证推进系统有效的做功；或者对尾翼产生向上的力，提高车辆在低速行驶时的效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的赛车尾翼的立体结构示意图；

图2为本发明实施例提供的赛车尾翼的主翼板和圆柱体的立体结构示意图；

图3为本发明实施例提供的赛车尾翼的主翼板和圆柱体的主视结构示意图。

图中：1、圆柱体；2、侧翼板；3、主翼板；31、过渡弧面；32、第一弧形面；33、第二弧形面；4、驱动机构；41、从动齿轮；42、主动齿轮；43、主动轴；44、从动轴。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请一并参阅图1及图2，现对本发明提供的赛车尾翼进行说明。所述赛车尾翼，包括主翼板3、侧翼板2、圆柱体1以及驱动机构4，主翼板3包括处于上方的第一弧形曲面、位于下方的第二弧形曲面和平滑连接在所述第一弧形面32和所述第二弧形面33前端的过渡弧面31，所述第一弧形曲面的曲率小于所述第二弧形曲面的曲率，所述第一弧形曲面和所述第二弧形曲面向相反的方向凸起，所述第一弧形曲面和所述第二弧形曲面的末端相接形成翼尖，所述主翼板3的前端设有上下均具有开缝的旋转腔，所述旋转腔的中心线与用于安装的赛车行驶的方向垂直；侧翼板2对称设置于所述主翼板3的左右两端；圆柱体1设置于所述旋转腔内，所述圆柱体1的中心线与所述旋转腔的中心线重合，所述圆柱体1的上下弧面经过相应的所述开缝凸出对应的所述第一弧形面32和所述第二弧形面33；驱动机构4与所述圆柱体1连接，用于驱动所述圆柱体1旋转，并使所述圆柱体1下弧面的切向速度与流经所述第二弧形面33的风速方向相同，所述圆柱体1上弧面的切向速度与流经所述第一弧形面32的风速方向相反。

本发明提供的赛车尾翼，与现有技术相比，本发明赛车尾翼，通过主翼板3上方的第一弧形面32的曲率小于下方的第二弧形面33的曲率，使流速经主翼板3上方的路径小于流速经主翼板3下方的路径，流经主翼板3的第一弧形面32的流速小于流经主翼板3的第二弧形面33的流速，在尾翼的前端设置圆柱体1，通过驱动机构4驱动圆柱体1旋转，并使圆柱体1下弧面的切向速度与流经下方第二弧形面33的流速方向相同，从而增加流经下方第二弧形面33的风速，而同时，圆柱体1上弧面的切向速度与流经上方第一弧形面32的流速方向相反，减小了流经下方的第二弧形面33的风速，进而增加尾翼上下方的流速差，根据伯努利方程，尾翼上方会受到向下的压强，这种压强作用在尾翼上，对尾翼产生一个向下的力，进而增大赛车的抓地效果，保证推进系统有效的做功，提高车辆行驶的可靠性。

本实施例提供的尾翼，结构简单，调节方便，能够减小车辆行驶过程中在车辆尾部产生的上升力，提高抓地效果，相比于传统的尾翼，优点在于能够不改变迎风面积而调节产生的力的大小。

本发明原理如下：由于流体的黏滞性，圆柱体1旋转时会带动其附近的流体转动，使靠近圆柱体1的流体具有与圆柱体1旋转方向一致的切向速度，流体的切向速度与流体相对圆柱体1的流速合成，就会使圆柱体1一侧的气体流速减小，另一侧的流速增大。当空气流过尾翼时，因为流体经过尾翼上下的路径长短不同，所以上下方的流体流速会不一样大，路径长的一侧流体的速度会更快。对于本发明而言，由于主翼板3上方的第一弧形面32的曲率小于下方的第二弧形面33的曲率，因此，主翼板3上方的曲面比下方的曲面更加平缓，上方的路径小于下方的路径，空气流经上方的流速小于下方的流速。

根据流体的伯努利原理，流速大时流体的压强小，流速小时流体的压强大，因此圆柱体1会受到向流速大的一侧的压力。

通过改变车辆尾翼的形状，设计可绕轴旋转的圆柱体1，当圆柱体1转动时，产生的马格努斯力作用在车辆上，增加车辆和地面之间的竖向力。在尾翼或者扰流板的前端或中间留出能够放下圆柱体1的间隙，设置一个能够双向驱动的驱动机构4，通过圆柱体1的正向转动或者反向转动来调节车辆和地面之间的竖向作用力。

本实施例以飞机机翼的NACA4320翼型为例，当尾翼上方的流速小于下方的流速时，尾翼上方受到向下的力。根据伯努利方程，流速大的地方压强小，因此，尾翼上方的压强会大于下方，这样对尾翼产生一个向下的力，而且下方流速相对于上方越大，这种向下的作用力就会越强。在尾翼中留出一定的空间，装配一个能够旋转的圆柱体1，通过电机驱动旋转，改变向下的力的大小，保证车辆的抓地行驶。

本实施例中，参见图3，设尾翼上方的流速为U1，圆柱体1上方的切向速率为U11，车辆带动的空气流动的速率为U12，则U1＝U12-U11；设尾翼下方的流速为U2，圆柱体1下方的切向速率为U21，车辆带动的空气流动的速率为U22，则U2＝U21+U22。也即上方的流速减小，下方的流速增大，根据伯努利方程，

可知，尾翼上方会受到向下的压强，这种压强作用在尾翼上，对尾翼产生一个向下的力，提高了尾翼的抓地能力。当车辆行驶速度并不快时，可以通过反向旋转圆柱体1，也即使圆柱体1上方的切向速度与尾翼上方的流速方向相同，此时，尾翼下方的流速方向与圆柱体1下方的切向速度相反，也即，上方的流速增大，下方的流速减小，尾翼下方会受到向上的压强，对尾翼产生一个向上的力，提高尾翼带来的升力效果，在低速行驶时也能够有很好的效果。

本实施例中，空气流速的方向与车辆前进的方向相反。

作为本发明提供的赛车尾翼的一种具体实施方式，请参阅图1至图2，所述圆柱体1为中空结构。在提高车辆的抓地效果的基础上，通过中空的圆柱体1，尽可能减小尾翼的质量和体积，保证车辆的整体质量以及行驶过程中受到风的阻力不会过大，避免了质量和风阻力对车辆速度的限制。

本实施例中，主翼板3和侧翼板2的上下两个弧形面均为向外凸起的弧形面，主翼板3的前端的过渡弧面31、与第一弧形面32、第二弧形面33以及过渡弧面31与第一弧形面32和第二弧形面33之间的连接均为流线型，在主翼板3的前端的最厚处的厚度设为h，圆柱体1的直径设为d，本实施例中，满足d＝1.414h，圆柱体1的上下弧面均外露在主翼板3的外面，充分发挥圆柱体1在侧向带动空气流动能力的同时，避免正对来流风速的截面上受到过大风的直接作用力，主翼板3前端的流线型的过渡弧面31设计就是为了减少风阻而设计，因此将圆柱体1安放在主翼板3的内部，可以让尾翼本身减小风阻的能力发挥出来；圆柱体1为空心结构，空心也是为了减小结构本身的质量，圆柱体1的材料设计为铝合金或者钛合金，减少重量的同时也能够具有足够的抗风刚度和强度。

作为本发明实施例的一种具体实施方式，请参阅图1至图2，所述圆柱体1的厚度为1-2mm。考虑到尾翼自身不会太厚，因而安装在尾翼中的旋转圆柱也不需要很大的直径，因此1-2mm厚度对于合金材料的强度来说，足以抵抗风的作用而不发生自身破坏。

作为本发明实施例的一种具体实施方式，参阅图1及图2，所述圆柱体1的直径为d，所述圆柱体1凸出对应的所述第一弧形面32和所述第二弧形面33的弦高之和等于直径d的1/3-1/5。

作为本发明实施例的一种具体实施方式，请参阅图1至图2，所述驱动机构4为齿轮传动，包括驱动电机、从动轴44、从动齿轮41、主动轴43和主动齿轮42，从动轴44与所述圆柱体1固定连接，所述从动轴44的中心线与所述圆柱体1的中心线重合；从动齿轮41配装于所述从动轴44上；主动轴43与所述驱动电机的主轴固定连接；主动齿轮42安装于所述主动轴43上，且与所述从动齿轮41啮合。本实施例中，驱动电机为正反旋转的电机，正反旋转电机为现有常用的产品，通过购买合适的型号即可。考虑到电机的质量和可能受到的风阻力，在安装时，将电机安装在尾翼下方或放置在车身中，并用齿轮进行传动，一方面可以降低整体车辆的重心，另一方面避免电机在外受到风的阻力。

作为本发明实施例的一种具体实施方式，请参阅图1至图2，所述从动齿轮41和所述主动齿轮42均为直齿轮，且所述从动轴44和所述主动轴43平行。

作为本发明实施例的一种具体实施方式，请参阅图1至图2，所述从动齿轮41和所述主动齿轮42均为直齿轮，且所述从动轴44和所述主动轴43垂直。

作为本发明实施例的一种具体实施方式，请参阅图1至图2，所述从动齿轮41和所述主动齿轮42均为锥齿轮，且所述从动轴44和所述主动轴43垂直。

作为本发明实施例的一种具体实施方式，请参阅图1至图2，所述侧翼板2横截面的外轮廓形状与所述主翼板3横截面的外轮廓形状相同，所述侧翼板2的外形尺寸大于所述主翼板3的外形尺寸，其中，横截面为以赛车的前后方向为切面，切割所述侧翼板2和所述主翼板3形成的平面。本实施例对侧翼板2的结构进行了描述，事实上，侧翼板2与主翼板3的外轮廓设计为相同的形状，侧翼板2对主翼板3起到固定的作用，安装时，侧翼板2与车身直接安装，主翼板3安装在两个侧翼板2之间，因此侧翼板2的上方流速和下方流速与主翼板3的上方流速和下方流速相同。

本实施例还需要说明的是，文中出现的方位术语“上、下、前、后、左、右”，均以汽车的方位关系一致，以便于理解和描述。

本发明还提供一种赛车，所述赛车的尾部安装有所述的赛车尾翼。

本发明提供的赛车，通过调节圆柱体1的旋转方向和旋转速度，对尾翼产生向下的力，即可调整赛车的抓地效果，保证推进系统有效的做功；或者对尾翼产生向上的力，提高车辆在低速行驶时的效果。

通过调整驱动电机的旋转方向，当上方的流速减小，下方的流速增大，尾翼上方会受到向下的压强，这种压强作用在尾翼上，对尾翼产生一个向下的力，提高了尾翼的抓地能力。当车辆行驶速度并不快时，可以通过反向旋转圆柱体1，也即使圆柱体1上方的切向速度与尾翼上方的流速方向相同，此时，尾翼下方的流速方向与圆柱体1下方的切向速度相反，也即，上方的流速增大，下方的流速减小，尾翼下方会受到向上的压强，对尾翼产生一个向上的力，提高尾翼带来的升力效果，在低速行驶时也能够有很好的效果。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.赛车尾翼，其特征在于，包括：

主翼板，包括处于上方的第一弧形曲面、位于下方的第二弧形曲面和平滑连接在所述第一弧形面和所述第二弧形面前端的过渡弧面，所述第一弧形曲面的曲率小于所述第二弧形曲面的曲率，所述第一弧形曲面和所述第二弧形曲面向相反的方向凸起，所述第一弧形曲面和所述第二弧形曲面的末端相接形成翼尖，所述主翼板的前端设有上下均具有开缝的旋转腔，所述旋转腔的中心线与用于安装的赛车行驶的方向垂直；

侧翼板，对称设置于所述主翼板的左右两端；

圆柱体，设置于所述旋转腔内，所述圆柱体的中心线与所述旋转腔的中心线重合，所述圆柱体的上下弧面经过相应的所述开缝凸出对应的所述第一弧形面和所述第二弧形面；以及

驱动机构，与所述圆柱体连接，用于驱动所述圆柱体旋转，并使所述圆柱体下弧面的切向速度与流经所述第二弧形面的风速方向相同，所述圆柱体上弧面的切向速度与流经所述第一弧形面的风速方向相反。

2.如权利要求1所述的赛车尾翼，其特征在于，所述圆柱体为中空结构。

3.如权利要求2所述的赛车尾翼，其特征在于，所述圆柱体的厚度为1-2mm。

4.如权利要求1所述的赛车尾翼，其特征在于，所述圆柱体的直径为d，所述圆柱体凸出对应的所述第一弧形面和所述第二弧形面的弦高之和等于直径d的1/3-1/5。

5.如权利要求1-4任一项所述的赛车尾翼，其特征在于，所述驱动机构为齿轮传动，包括：

驱动电机；

从动轴，与所述圆柱体固定连接，所述从动轴的中心线与所述圆柱体的中心线重合；

从动齿轮，配装于所述从动轴上；

主动轴，与所述驱动电机的主轴固定连接；

主动齿轮，安装于所述主动轴上，且与所述从动齿轮啮合。

6.如权利要求5所述的赛车尾翼，其特征在于，所述从动齿轮和所述主动齿轮均为直齿轮，且所述从动轴和所述主动轴平行。

7.如权利要求5所述的赛车尾翼，其特征在于，所述从动齿轮和所述主动齿轮均为直齿轮，且所述从动轴和所述主动轴垂直。

8.如权利要求5所述的赛车尾翼，其特征在于，所述从动齿轮和所述主动齿轮均为锥齿轮，且所述从动轴和所述主动轴垂直。

9.如权利要求1所述的赛车尾翼，其特征在于，所述侧翼板横截面的外轮廓形状与所述主翼板横截面的外轮廓形状相同，所述侧翼板的外形尺寸大于所述主翼板的外形尺寸，其中，横截面为以赛车的前后方向为切面，切割所述侧翼板和所述主翼板形成的平面。

10.赛车，其特征在于，所述赛车的尾部安装有如权利要求1-9任一项所述的赛车尾翼。

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